河北蔚县明清壁画数字化保护与科技创新研究*

杜 琛 史新月

（河北美术学院,河北石家庄 050700）

一、引言

我国文化遗产丰富，其中明清时期的壁画是我国古代文化遗产中的重要组成部分。然而，随着时间的推移和环境的变化，这些壁画逐渐失去了原有的光彩，甚至有些已经面临着消失的危险，这些珍贵的文化遗产正受到不断的破坏和损失，明清壁画的保护和传承面临着巨大的挑战。

蔚县位于河北省张家口市，古称蔚州，为“燕云十六州”之一，2018年5月2日，国务院同意将蔚县列为国家历史文化名城，2021年11月3日，蔚县被文化和旅游部命名为2021—2023年度“中国民间文化艺术之乡”。在蔚县记载的八百余处古建筑中，至少四百余座尚存有古代壁画，这些壁画遗存具有极广的时间跨度，尤其是现存的明、清两代壁画遗存，数目多且质量极佳，至纯的画面氛围颠覆了学界对明、清壁画面貌“世俗”的感受定式，代表了明、清民间壁画的最高艺术水准。

蔚县明清壁画具有浓郁的中国文化特色，是中国传统文化的重要表现形式之一。壁画通常以墙面为载体，使用天然矿物颜料、植物颜料及金属性材料进行绘制，具有丰富的色彩层次和明快的视觉效果。壁画遗存形式多样、题材广泛，囊括民俗、宗教、历史、神话、文学、戏曲等题材，反映了明清时期社会的多元化特征，具有丰富的文化内涵和艺术价值，需要得到有效的保护和传承。

为了保护和传承这些文化遗产，数字化保护与科技创新手段成了一种新的途径。数字化技术的发展使得对这些古老的壁画进行数字化记录成了可能，并且科技创新的应用也使得对这些壁画进行保护和修复变得更加简便和有效。通过对河北张家口蔚县明清壁画进行数字化保护与科技创新研究，探索数字化保护和科技创新手段在文化遗产保护中的应用，提高人们对明清壁画的认识和保护意识，促进文化遗产的保护和传承工作。

针对蔚县明清壁画的保护需求主要包括建筑保护、色彩保护、防治污染和数字化保护等。蔚县明清壁画通常位于古建筑内部或外部，这些古建筑通常历经了数百年的风雨侵蚀和自然灾害，墙体往往已经出现了裂缝、掉落和松动等情况，因此保护建筑本身就是保护明清壁画的前提条件。蔚县明清壁画的用色稚纯，但由于在绘制及近代修复时化学颜料的使用，色彩容易脱落或褪色，传统的保护手段如化学修复和物理修复，存在一定的局限性，不能彻底解决壁画保护问题，因此，需要采用新的数字化保护手段。通过数字化保护，可以实现明清壁画的三维重建、数字化修复和传播等，使得明清壁画的保护和传承更加方便和高效。只有通过综合运用多种手段，探索活态的壁画保护系统，同时把握文化遗产保护协同发展思路，充分发挥壁画艺术的社会职能和美育功能，让文化遗存活起来，转化为当代的文化创造力，才能够有效地保护明清壁画这一重要的文化遗产。

二、数字化保护与科技创新的技术手段

随着现代摄影技术及彩色感光技术的运用，加之计算机辅助技术的成熟，在重现图案方面又具有高清晰高保真的优点，同时可有效避免传统记录手段难以长久保存的弊端，经由计算机存储的数字信息具备优良的可传播性与可复制性，同时能够方便信息的管理、检索和使用，真正实现珍稀文物的保存与利用，对明清壁画数据库的建立有着深远意义[1]。

壁画数字化保护是指将壁画数字化处理，将壁画的图像、色彩和肌理等信息进行数字化存储和分析，同时也可以通过数字化技术实现对壁画的修复和还原，为明清壁画的保护和传承提供有效的解决方案，使得壁画得以保护和传承的一种新型保护方式[2]。例如，通过数字化储存，可以将明清壁画的原貌保存在数字媒体中，方便研究和学习；通过数字化复原，可以对壁画进行三维重建，还原其原貌；通过数字化保护，可以对壁画进行数字化保护和备份，避免遗失和毁坏；通过数字化修复，可以对壁画进行自动或半自动的修复和保护。数字化保护为人们提供更加便捷、直观的壁画展示方式，为壁画的传播和推广提供了更多可能性[3]。

科技创新是指通过技术和知识的不断进步，不断开发新产品、新技术、新业务模式等的过程。科技创新不仅仅是技术的革新，更是一种创新的方式和理念，涵盖了从基础研究到社会服务等各个环节。在壁画保护领域，科技创新具有极其重要的意义。壁画保护是一项非常细致和复杂的工作，需要借助于各种高科技手段和技术手段。科技创新可以为壁画保护提供更加先进和高效的保护手段，有助于实现壁画的数字化记录、修复、保护和展示。通过科技创新，可以开发出更加先进的壁画数字化保护技术，提高数字化处理的精度和效率，实现对壁画的更加全面和深入的保护。例如，人工智能可以自动识别壁画的病害和损伤，辅助修复和保护工作；虚拟现实技术可以让人们以更加真实和直观的方式了解壁画的历史和文化背景；云计算可以实现对壁画信息的高效存储和传输，方便壁画信息的保护和共享。此外，科技创新还可以为壁画保护提供更加全面和深入的理解，从而更好地探究壁画的历史和文化背景，为壁画保护提供更加可靠和高效的保护手段，促进壁画文化的传承和发展。

数字化保护需要依托于各种高科技手段和技术手段，而科技创新则可以提供更加先进和高效的数字化保护技术实现对壁画的更加全面和深入的保护和传承，二者密不可分。

图1 数字化保护与科技创新关系图

三、数字化保护与科技创新在蔚县明清壁画保护中的应用

1.数字化储存和备份技术的应用

数字化存储和备份技术在明清壁画保护中具有重要应用价值。壁画的保存往往需要长期的时间跨度，加上外部环境的不确定性，壁画保护的难度非常大。数字化存储和备份技术可以帮助我们实现对壁画信息的全面和深入的保护，使得壁画信息可以得到更好地保存和传承。

数字化存储和备份技术可以将壁画信息转化为数字化形式，并存储在电脑或者其他存储介质中。这种数字化方式可以大大减少外界因素对于壁画的损害，同时也可以使得壁画的信息得到更好地保护和传承。数字化存储和备份技术还可以实现对壁画信息的多次备份和远程传输，保证信息的完整性和可靠性。

数字化存储和备份技术可以结合激光扫描、三维重建等技术手段，实现对壁画信息的全面和深入的保护。例如，利用激光扫描技术可以实现对壁画信息的高精度扫描和采集，将壁画信息转化为数字化数据；利用三维重建技术可以实现对壁画信息的三维建模和可视化展示，让人们更加直观地了解壁画的历史和文化价值。

数字化存储和备份技术的应用，可以为明清壁画保护提供更加全面和深入的保障，可以有效减少因为天灾人祸或其他原因导致壁画信息丢失和损坏的风险[4]。因此，在明清壁画保护领域，数字化存储和备份技术是一项非常重要的技术手段，具有非常重要的应用价值。

2.数字化复原技术的应用

数字化复原技术是一种基于计算机技术和图像处理算法，对已经损毁或部分缺失的文物进行数字化还原和修复的方法。在明清壁画保护中，数字化复原技术可以大大提高壁画的保存和展示效果，具有重要的应用价值。数字化复原技术的主要应用包括以下几个方面：

纹理复原。蔚县明清壁画作为一种艺术形式，其纹理和颜色都是其重要的特征之一。数字化复原技术可以通过对原始图像进行纹理分析和纹理匹配等操作，将部分缺失的纹理还原出来，从而保护和展示壁画的原貌。

形态复原。蔚县明清壁画中的人物形象、建筑结构和装饰元素等都具有丰富的文化内涵和艺术价值。数字化复原技术可以通过对原始图像进行形态分析和形态匹配等操作，将部分损坏的形态元素还原出来，从而完整地呈现壁画的意境。

色彩复原。明清壁画中的色彩是其重要的表现形式之一。但由于时间和环境的影响，壁画色彩逐渐褪去或者变得模糊。数字化复原技术可以通过对原始图像进行色彩分析和色彩匹配等操作，将壁画的色彩还原出来，从而重现壁画的原貌。

数字化复原技术是明清壁画数字化保护中不可或缺的一部分，具有重要的实践意义和应用价值。

图2 蔚县夏源村关帝庙百工图“兑换金银”（左图），及其结构与色彩复原图

3.数字化保护和修复技术的应用

数字化保护和修复技术在明清壁画保护中也具有重要的应用价值。传统的壁画修复技术大多采用手工修复，这种方式存在一定的风险，可能会对原有壁画造成进一步的损害。而数字化修复技术则可以避免这种风险，使得修复更加准确和安全。

数字化修复技术的基本原理是利用计算机技术，将壁画的数字图像进行处理和修复，以恢复其原有的形态和颜色。数字化修复技术通常分为两种类型：一种是基于图像处理的修复技术，另一种是基于三维重建的修复技术。

基于图像处理的修复技术主要利用数字图像处理技术，对壁画数字图像进行处理和修复，以消除噪点、修复缺损和恢复颜色等。这种修复技术能够快速、准确地恢复壁画的原貌，同时避免了手工修复的风险。基于三维重建的修复技术则是利用计算机视觉技术，对壁画进行三维重建，以便进行精细的修复和恢复。这种修复技术需要使用一些高精度的数字化工具，如激光扫描仪、三维相机等，可以恢复出更加精细、真实的壁画形态和颜色。

数字化修复技术的应用可以为明清壁画的保护提供更加全面、高效的方案。同时，数字化修复技术也能够更好地保护壁画的原貌，保留壁画的文化价值和历史价值，为后世留下更多的文化财富。

4.虚拟现实技术在明清壁画保护中的应用

虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）是一种基于计算机生成的仿真环境，通过头戴式显示器、手柄等设备，将用户带入到虚拟的三维场景中，使得用户能够身临其境地感受其中的景象与环境。虚拟现实技术在明清壁画保护领域也具有很大的应用潜力[5]。

虚拟现实技术可以实现对明清壁画的数字化重现。通过扫描和数字化处理，将明清壁画的图像、色彩、线条等细节信息转化为数字化的数据，并通过虚拟现实技术实现展示。这样不仅可以保护原始的明清壁画，还能够在一定程度上还原明清时期的生活场景，让观众更加真实地了解历史。同时，虚拟现实技术可以实现文物数字化展览。利用虚拟现实技术，可以将明清壁画数字化展出，使得观众可以在没有时间、空间限制的情况下进行互动式的观赏。这样不仅可以方便人们对明清文化的了解和学习，同时也可以保护文物的安全性和完整性，避免文物由于长时间的展览而受到更多的损坏和破坏。

结论

文章对明清壁画数字化保护与科技创新进行了深入探究，旨在解决明清壁画在传承与保护过程中面临的难题。

明清壁画是中国传统文化的重要遗产，具有重要的历史、文化和艺术价值。数字化保护与科技创新可以有效地保护和传承明清壁画，延长其寿命和保存其原貌。数字化保护与修复可以通过数字化储存、数字化复原、数字化保护、数字化修复等方式，为明清壁画的保护和传承提供有效的解决方案。科技创新应用可以为明清壁画的保护和传承提供新的技术和方法，例如虚拟现实技术、人工智能技术、无损检测技术、材料科学技术、人机交互技术等。通过数字化保护与科技创新，可以更好地保护和传承明清壁画，为中华民族的文化传承做出积极的贡献[6]。

未来，随着科技的不断发展和进步，数字化保护与科技创新手段将会变得更加先进和高效：更高精度的数字化保护技术可以保留壁画更精微的细节和色彩；人工智能技术的完善能够辅助开展自动化的数字化修复和图像数据的识别和分类；高度集成化、智能化和自适应化的数字化保护平台能够更加适应不同的数字化保护需求。我们相信，在数字化保护与科技创新的推动下，蔚县明清壁画的保护和传承工作将会取得更加显著的进展。